(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームに固定された固定スクロールと旋回スクロールとを備えたスクロール圧縮機であって、
前記旋回スクロールの背面の中心部にあって吐出圧力に近い圧力を有し、密閉容器底部に貯留された潤滑油が導かれる第１の空間と、前記旋回スクロールの背面に設けられ吐出圧力と吸込圧力の間の圧力となる第２の空間と、を仕切るシール部と、
前記第１の空間から前記第２の空間へ潤滑油を漏出させる手段と、
主軸受より前記旋回スクロールの側に配設されたバランスウエイトと、を有し、
前記バランスウエイトを収容する空間に、前記空間より圧力の高いガスを導入するための連通路を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、
前記連通路は、密閉容器内の吐出圧力のガスを導入するためにフレームに設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１において、
前記バランスウエイトの外径は、前記シール部の径または主軸受の径よりも大きく、前記シール部と前記主軸受の間に配置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項１において、
前記バランスウエイトは、前記フレームを分割して、前記フレームと前記固定スクロールとの間に配置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項４において、
前記シール部を構成する部材を前記フレームに固定したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項６】
請求項１において、
前記旋回スクロールを旋回させる軸はモータの回転子と一体に固定されて駆動されるとともに前記フレームで軸受けがなされ、
前記軸受け位置に対して前記バランスウエイトとは逆の方向に、かつ前記回転子より上方向に配設された第２のバランスウエイトと、前記回転子より下方向に配設された第３のバランスウエイトと、を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のスクロール圧縮機を用いて構成した空調用の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍用や空調用などの冷凍サイクルに使用される冷媒圧縮機、或いは空気やその他のガスを圧縮するガス圧縮機として好適なスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、台板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと、鏡板に渦巻状のラップを立設した旋回スクロールとを有している。両スクロールのラップを対向させて配置し、噛み合わせて、旋回スクロールを旋回させて互いのラップ間に形成される複数の圧縮室の容積を順次縮小させることにより、スクロール圧縮機は冷凍サイクルにおけるガス冷媒などの流体を圧縮する。
【０００３】
この旋回スクロールの旋回運動により、クランク部を有するシャフトには遠心力が作用する。この遠心力を打ち消すため、特許文献１に示すように、シャフトには一般的にバランスウエイトが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６３６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮機の性能および信頼性を確保するためには、シャフトのたわみを小さく抑える必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
シャフトのたわみを小さくするため、バランスウエイトを旋回スクロールにより近い位置に配置する。そのためにフレームを分割し、その内部にバランスウエイトを収納する。
【発明の効果】
【０００７】
シャフトの変形を抑制して、低速性能を維持しつつ高速化に対応できる圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例を示すスクロール圧縮機の縦断面図。
【図２】固定スクロールと旋回スクロールの噛み合い状態を示す平面図。
【図３】従来のスクロール圧縮機の構造を示す縦断面図。
【図４】シャフトのたわみを模式的に示した概念図。
【図５】本発明の別の一実施例を示すスクロール圧縮機の縦断面図。
【図６】本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図３はスクロール圧縮機の従来構造を示す縦断面図である。図３に示すように、固定スクロール（固定スクロール部材）７は、円板状の台板７ａと、この台板７ａの上に渦巻状に立設されたラップ７ｂと、台板７ａの外周側に位置し、ラップ７ｂの先端面と連続する鏡板面を有してラップ７ｂを囲む筒状の支持部７ｄとを有する。
【００１０】
ラップ７ｂが立設された台板７ａの表面は、ラップ７ｂの間にあるため歯底７ｃと呼ばれる。また、支持部７ｄが、旋回スクロール（旋回スクロール部材）８の鏡板８ａと接する面は、固定スクロール７の鏡板面７ｅとなっている。固定スクロール７は、その支持部７ｄがボルト等によりフレーム１７に固定され、固定スクロール７と一体となったフレーム１７は溶接等の固定手段によりケース（密閉容器）９に固定されている。
【００１１】
前記旋回スクロール８は、固定スクロール７に対向して配置され、固定スクロールのラップ７ｂと旋回スクロールのラップ８ｂとが噛み合わされて、フレーム１７内に旋回可能に設けられている。旋回スクロール８は、円板状の鏡板８ａ、この鏡板８ａの表面である歯底８ｃから立設された渦巻状のラップ８ｂ、及び鏡板８ａの背面中央に設けられたボス部８ｄとを有する。また、鏡板８ａの外周部の、固定スクロール７と接する表面が、旋回スクロール８の鏡板面８ｅとなっている。
【００１２】
ケース９は、固定スクロール７と旋回スクロール８からなるスクロール部、モータ部１６（１６ａ：回転子，１６ｂ：固定子）及び潤滑油などを内部に収納した密閉容器構造となっている。モータ部１６の回転子１６ａと一体に固定されたシャフト（回転軸）１０は、フレーム１７に主軸受５を介して回転自在に支持され、固定スクロール７の中心軸線と同軸となっている。
【００１３】
シャフト１０の先端にはクランク部１０ａが設けられており、このクランク部１０ａは旋回スクロール８のボス部８ｄに設けられた旋回軸受１１に挿入され、旋回スクロール８はシャフト１０の回転に伴い旋回可能に構成されている。旋回スクロール８の中心軸線は固定スクロール７の中心軸線に対して所定距離だけ偏心した状態となる。また、旋回スクロール８のラップ８ｂは、固定スクロール７のラップ７ｂに周方向に所定角度だけずらして重ね合わせられている。１２は、旋回スクロール８を固定スクロール７に対して、自転しないように拘束しながら相対的に旋回運動させるためのオルダムリングである。
【００１４】
図２は固定スクロールと旋回スクロールとの噛み合い状態を示す平面図で、図に示すように、ラップ７ｂ，８ｂの間には三日月状の複数の圧縮室１３（１３ａ，１３ｂ）が形成され、旋回スクロール８を旋回運動させると、各圧縮室は中央部に移動するに従い連続的に容積が縮小される。即ち、旋回スクロールラップ８ｂの内線側及び外線側に、それぞれ旋回内線側圧縮室１３ａ及び旋回外線側圧縮室１３ｂが形成される。２０は吸込室で、流体を吸入している途中の空間である。この吸込室２０は、旋回スクロール８の旋回運動の位相が進んで、流体の閉じ込みを完了した時点から圧縮室１３となる。
【００１５】
吸込ポート１４は、図２，図３に示すように、固定スクロール７に設けられている。この吸込ポート１４は吸込室２０と連通するように台板７ａの外周側に穿設されている。また、吐出ポート１５は、最内周側の圧縮室１３と連通するように固定スクロール７の台板７ａの渦巻中心付近に穿設されている。
【００１６】
モータ部１６によりシャフト１０を回転駆動すると、シャフト１０のクランク１０ａから旋回軸受１１を介して旋回スクロール８に伝えられ、旋回スクロール８は固定スクロール７の中心軸線を中心に、所定距離の旋回半径をもって旋回運動する。この旋回運動時に旋回スクロール８が公転のみして自転しないように、オルダムリング１２によって拘束される。
【００１７】
旋回スクロール８の旋回運動によって、各ラップ７ｂ，８ｂの間にできる圧縮室１３は中央に連続的に移動し、その移動に従って圧縮室１３の容積が連続的に縮小する。これにより、吸込ポート１４から吸込まれた流体（例えば、冷凍サイクルを循環する冷媒ガス）を各圧縮室１３内で順次圧縮し、圧縮された流体は吐出ポート１５からケース上部の吐出空間５４に吐出される。吐出された流体は、吐出空間５４からケース９内のモータ室５２に入り、吐出パイプ６から圧縮機外、例えば冷凍サイクルに供給される。
【００１８】
潤滑油はケース９の底に貯留されており、シャフト１０の下端には容積型または遠心式の給油ポンプ２１を設けている。シャフトの回転とともに給油ポンプ２１も回転させ、潤滑油を給油ポンプケース２２に設けた潤滑油吸込口２５から吸入して、給油ポンプの吐出口２８から吐出する。吐出された潤滑油はシャフトに設けた貫通穴３を通って上部へ供給される。潤滑油の一部は、シャフト１０に設けた横穴２４を通って副軸受２３を潤滑し、ケース底部の油溜り５３に戻る。
【００１９】
その他大部分の潤滑油は、貫通穴３を通ってシャフト１０のクランク１０ａ上部に達し、クランク１０ａに設けた油溝５７を通って旋回軸受１１を潤滑する。そして旋回軸受１１の下部に設けた主軸受５を潤滑した後、排油穴２６ａ及び排油パイプ２６ｂを通ってケース底部へ戻る。ここで、油溝５７，旋回軸受１１で形成される空間および、主軸受５を収める空間（フレーム１７，シャフト１０，フレームシール５６，旋回スクロール８のボス部８ｄに設けられたつば形状の旋回ボス部材３４，シール部材３２で形成された空間）をあわせて第１の空間３３と呼ぶことにする。
【００２０】
この第１の空間３３は吐出圧力に近い圧力を有する空間である。主軸受５及び旋回軸受１１の潤滑のために第１の空間３３に流入した潤滑油の大部分は、排油穴２６ａ及び排油パイプ２６ｂを通ってケース底部へ戻るが、一部の潤滑油は、オルダムリング１２の潤滑、固定スクロール７と旋回スクロール８との摺動部の潤滑及びシールに必要な最低限の量が、シール部材３２の上端面と旋回ボス部材３４の端面間の油漏出手段を介して第２の空間である背圧室１８に入る。
【００２１】
シール部材３２は、フレーム１７に設けられた円環溝３１に波状バネ（図示せず）と共に挿入されており、吐出圧力となっている第１の空間３３と、吸込圧力と吐出圧力の中間の圧力となっている背圧室１８とを仕切っている。前記油漏出手段は、旋回ボス部材３４に設けられた複数の穴３０と前記シール部材３２とで構成され、前記複数の穴３０は旋回スクロール８の旋回運動に伴いシール部材３２を跨いだ円運動を行い、第１の空間３３と背圧室１８との間を移動する。
【００２２】
これにより、第１の空間３３の潤滑油を穴３０に溜め、背圧室１８に間欠的に移送して排出することにより、必要最小限の油を背圧室１８に導くことができる。複数の穴３０の代わりにスリットなどを設けて背圧室への油漏出手段としてもよい。
【００２３】
背圧室１８に入った潤滑油は、背圧が高くなると、背圧室１８と圧縮室１３とを連通する背圧孔３５を通って圧縮室１３へ入り、吐出ポート１５から吐出され、一部は、例えば冷媒ガスと共に吐出パイプ６から冷凍サイクルへ吐出され、残りはケース９内で冷媒ガスと分離されてケース底の油溜り５３に貯留される。
【００２４】
なお、上記で説明したように前記第１の空間３３と背圧室１８と油漏出手段を備えることで、各軸受部に必要な給油量と圧縮室に必要な給油量を独立に制御することができるため、圧縮室給油量の適正化が可能となり高効率な圧縮機を得ることができる。
【００２５】
以上のような構造のスクロール圧縮機において、シャフト１０を回転駆動すると、旋回スクロール８が旋回運動するため、シャフト１０のクランク１０ａには遠心力が作用する。この遠心力を打ち消すため、バランスウエイト５５とカウンタウエイト５８がシャフト１０に設けられている。これらのウエイトにより、シャフト１０に作用する力およびモーメントを打ち消し、静的および動的なバランスをとっている。
【００２６】
ここで、旋回スクロール８の遠心力とバランスウエイト５５の遠心力の作用点間の距離ｄ（図１，図３，図５参照）が長いと、シャフト１０のたわみが大きくなる。図４にシャフト１０のたわみの概念図を示す。図４の縦軸はシャフト１０のたわみ量、横軸はシャフトの位置を示し、左側がシャフト上部（図１，図３，図５でいう上部）、右側がシャフト下部（図１，図３，図５でいう下部）を表す。従来構造において前記第１の空間３３を有する場合、バランスウエイト５５は主軸受５の下部に配置する以外に場所がなく、荷重の作用点間距離ｄがシャフト１０の軸径に比べて長くなるため、図４中の破線６０のようにたわみが大きくなってしまう。
【００２７】
そこで本実施例では、図１に示すように、フレーム１７を上部１７ａと下部１７ｂに分割し、その間にバランスウエイト５５を配置する構成となっている。フレーム１７を分割することで、バランスウエイト５５を旋回スクロール８と主軸受５との間に配置することが可能となり、作用点間距離ｄをシャフト１０の軸径と同程度まで短くすることができる。このため、シャフト１０のたわみを小さく抑えることができる。この方法によると、バランスウエイト５５の外径が、主軸受５あるいはシール部材３２の外径よりも大きい場合においても、旋回スクロール８と主軸受５の間にバランスウエイト５５を配置することができる。
【００２８】
なお、図５に示すように、フレーム１７を分割するのではなく、シール部材３２を収容する部材６５を、フレーム１７に圧入等の手段により固定する構成でもよい。この場合は、フレーム１７における、主軸受５の圧入部６６およびオルダムリング１２との摺動部６７を同時に加工できるので、フレーム１７を上下部に分割する構成よりも圧縮機の組立精度が向上する。
【００２９】
以上説明した構成によると、図４中の６１のように、シャフト１０のたわみを従来構造に比べて小さく抑えることができる。
【００３０】
実施例によれば、シャフト１０のたわみ量は、圧縮機の性能および信頼性に大きな影響を及ぼすスクロールラップの径方向すき間δｒ（図２参照）の設計自由度を制限する。例えば、空調用圧縮機においては、低速低負荷である中間条件での性能向上が、年間を通じた消費電力量低減のために重要となる。この中間条件においては、低速であるため漏れ損失が増大しやすく、できるだけ径方向すき間δｒを小さくして漏れを抑える必要がある。
【００３１】
さらに別の要求として、圧縮機の高速化により運転範囲を拡大し、より使い勝手のよい空調機を提供することも求められる。圧縮機の高速化に伴い、旋回スクロール８およびバランスウエイト５５に作用する遠心力が増大するため、シャフト１０のたわみは大きくなる。そしてシャフト１０のたわみ量が径方向すき間δｒより大きくなると、旋回スクロール８のラップ８ｂは固定スクロール７のラップ７ｂに接触する。さらにたわみが大きくなると、旋回軸受１１や主軸受５とシャフト１０との軸受すき間でも逃げ切れなくなり、ラップ破損や軸受のかじり，焼き付き等が発生する恐れがあり、信頼性が確保できない。
【００３２】
つまり、低速運転時の圧縮機性能を確保するためには、径方向すき間δｒを小さくする必要があるが、小さく設定した場合に、高速運転時のシャフト１０のたわみが大きいと、ラップや軸受に不具合が発生し、高速運転時の信頼性が確保できない。よって低速性能，高速での信頼性を両立させるためには、シャフト１０のたわみを小さく抑えることが重要となる。
【００３３】
その点、本実施例においては、以上述べてきたようにシャフトのたわみを小さく抑えることができるため、圧縮機の性能および信頼性を向上することが可能となる。
【００３４】
なお、別の実施例として、上記構成に加えて、図１および図５中の追加ウエイト５９を配置することで、シャフト１０の変形モードを変え、たわみ量をより低減することができる。これは、凸型にたわむシャフト１０のたわみの頂点付近に、逆方向へたわませようとする追加ウエイト５９を配置するものである。これにより図４中の６２に示すような変形モードおよびたわみ量となり、たわみをより小さく抑えることができる。
【００３５】
また、図１および図５に示すように、バランスウエイト５５を配置した空間６８に冷媒ガスを流入させる通路６９を設けてもよい。空間６８内の圧力は、液体の油が排油パイプ２６ｂを自由落下するヘッドの分だけ、吐出圧力である圧縮機ケース９内の圧力よりも僅かに低い。よって前記通路６９を、例えばケース９内と空間６８を連通させるようにフレーム１７に設けることで、空間６８内にケース９内の冷媒ガスを流入させることができる。
【００３６】
本構成により、空間６８内に液体である油のみが充満してそれをバランスウエイト５５が撹拌する場合に対し、冷媒ガスを流入させて液体と気体が混在した状態とするため、バランスウエイトによる撹拌損失を低減することができる。なお、一度吐出圧力まで圧縮した冷媒ガスを、吐出圧力よりわずかに圧力の低い空間６８に流入させるだけなので、冷媒ガスを再膨張させることによる圧縮機性能の低下は微小である。
【００３７】
以上説明してきた圧縮機１と、凝縮器４０，膨張弁４１，蒸発器４２，四方弁４３を用いて、図６に示すように空調用の冷凍サイクルを構成することで、年間を通じた消費電力量が小さく、かつ運転範囲の広い使い勝手のよい空調機を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧縮機
３  貫通穴
５  主軸受
６  吐出パイプ
７  固定スクロール
７ａ  台板
７ｂ，８ｂ  ラップ
７ｃ，８ｃ  歯底
７ｄ  支持部
７ｅ，８ｅ  鏡板面
８  旋回スクロール
８ａ  鏡板
８ｄ  ボス部
９  ケース（密閉容器）
１０  シャフト（回転軸）
１０ａ  クランク部
１１  旋回軸受
１２  オルダムリング
１３  圧縮室
１３ａ  旋回内線側圧縮室
１３ｂ  旋回外線側圧縮室
１４  吸込ポート
１５  吐出ポート
１６  モータ部
１６ａ  回転子
１６ｂ  固定子
１７  フレーム
１７ａ  上部
１７ｂ  下部
１８  背圧室
２０  吸込室
２１  給油ポンプ
２２  給油ポンプケース
２３  副軸受
２４  横穴
２５  潤滑油吸込口
２６ａ  排油穴
２６ｂ  排油パイプ
２８  給油ポンプの吐出口
３０  穴
３１  円環溝
３２  シール部材
３３  第１の空間
３４  旋回ボス部材
３５  背圧孔
４０  凝縮器
４１  膨張弁
４２  蒸発器
４３  四方弁
５２  モータ室
５３  油溜り
５４  吐出空間
５５  バランスウエイト
５６  フレームシール
５７  油溝
５８  カウンタウエイト
５９  追加ウエイト
６５  シール部材３２を収容する部材
６６  圧入部
６７  摺動部
６８  空間
６９  冷媒ガスを流入させる通路
【図１】
0005455763.tif 000002
【図２】
0005455763.tif 000003
【図３】
0005455763.tif 000004
【図４】
0005455763.tif 000005
【図５】
0005455763.tif 000006
【図６】
0005455763.tif 000007